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一種小電流接地電力系統(tǒng)微機(jī)綜保選線方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種小電流接地電力系統(tǒng)微機(jī)綜保選線方法，當(dāng)中性點(diǎn)為小電流接地或絕緣的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，以柜內(nèi)電壓小母線信號(hào)和零序電流信號(hào)為輸入信號(hào)，經(jīng)計(jì)算得出零序電壓信號(hào)的大小和角度，同樣零序電流信號(hào)也計(jì)算出大小和角度，以零序電壓值U0≥30V為第一判據(jù)，以測量零序電流值大于等于計(jì)算本線路零序電流值的0.85倍為第二判據(jù)，以本線路零序電流的頻率嚴(yán)格一致為第三判據(jù)，這三個(gè)判據(jù)同時(shí)成立，則系統(tǒng)中有單相接地故障發(fā)生，報(bào)“系統(tǒng)接地”；以測量零序電流值大于等于計(jì)算本線路零序電流值的1.15倍為第五判據(jù)，以功率方向元件為第四判據(jù)，若同時(shí)滿足5條判據(jù)，則本線路接地，并用于顯示或跳閘，提高該系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，對該電網(wǎng)的穩(wěn)定、高質(zhì)量運(yùn)行起到保障作用。
【專利說明】一種小電流接地電力系統(tǒng)微機(jī)綜保選線方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及3-63KV中壓電力系統(tǒng)，中性點(diǎn)絕緣或大阻抗接地方式的電力系統(tǒng)，當(dāng) 發(fā)生單相接地故障時(shí)，準(zhǔn)確判斷出本線路是否為故障線路的方法，尤其涉及一種小電流接 地電力系統(tǒng)微機(jī)綜保選線方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式與該系統(tǒng)的電壓等級、單相接地電流的大小、過電壓水 平以及保護(hù)裝置等因素密切相關(guān)。電力系統(tǒng)常用的接地方式有中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)和中性 點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)兩大類，具體接地的種類有：中性點(diǎn)直接接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈（消弧 電抗器）接地、中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地、中性點(diǎn)不接地四種，其中，中性點(diǎn)經(jīng)電阻器接地，按接地 電流大小又分為高阻接地和低阻接地。因此，按接地電流大小又分為大接地系統(tǒng)：包括中性 點(diǎn)直接接地和低阻接地；小電流接地系統(tǒng)：包括中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地、高阻接地；中性點(diǎn) 絕緣系統(tǒng)，即中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。一些西方國家采用大接地系統(tǒng)，我國的中壓電力系統(tǒng)采用 小電流接地系統(tǒng)或中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)，在不同歷史時(shí)期和地域各自所占比重不同，二三十年 前中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)是主流，后來，隨著消弧線圈的研發(fā)、完善、推廣，逐步轉(zhuǎn)向以小電流接地 系統(tǒng)為王。
[0003] 電力系統(tǒng)的每種接地方式，對應(yīng)的電壓等級、運(yùn)行方式、運(yùn)行規(guī)律不同，系統(tǒng)自身 的優(yōu)缺點(diǎn)也不同。一般的，在我國電力系統(tǒng)中，63KV以上采用大接地系統(tǒng)，目的是有效避免 系統(tǒng)過電壓給電力系統(tǒng)中的絕緣材料帶來過高的運(yùn)行成本和初期投資。3?63KV系統(tǒng)稱為 中壓系統(tǒng)，一般采用中性點(diǎn)小電流接地方式或中性點(diǎn)絕緣方式，目的是確保系統(tǒng)的可靠性 和供電連續(xù)性，3KV以下系統(tǒng)（尤其是380V系統(tǒng)）等低壓系統(tǒng)一般采用大接地系統(tǒng)，因?yàn)樗?變壓器容量小、有能迅速切除故障線路的功能，影響范圍小、安全、穩(wěn)定。3KV以下系統(tǒng)也有 小電流接地或中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)，區(qū)分并不十分嚴(yán)格。在一些西方國家，中壓系統(tǒng)也采用大接 地方式，這種方式犧牲的是系統(tǒng)連續(xù)性、可靠性，得到的是系統(tǒng)故障點(diǎn)切除迅速，保障了非 故障線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)際上，無論哪種接地方式，都有優(yōu)缺點(diǎn)，關(guān)鍵是如何揚(yáng)長避短， 需要綜合、系統(tǒng)的考慮和選擇接地方式。
[0004] 在中性點(diǎn)絕緣和小電流接地電力系統(tǒng)中，目前最困難的是如何以最快的速度、最 高的精度、準(zhǔn)確無誤的把發(fā)生了單相接地故障的線路篩選并判斷出來。如果實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)選線， 就可以實(shí)現(xiàn)微機(jī)綜合保護(hù)裝置直接作用于跳閘，即可及時(shí)準(zhǔn)確切除故障線路，又可在最短 時(shí)間內(nèi)恢復(fù)整個(gè)電力系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行，對保證供電系統(tǒng)的可靠性、連續(xù)性，保證電網(wǎng)質(zhì) 量，防止因單相接地故障擴(kuò)大為其他事故（如兩相短路、三相短路等）有極為重要的意義， 對促進(jìn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平有積極意義；也可以避免因采用了大接地系統(tǒng)而造成的跳閘 范圍擴(kuò)大，停電范圍擴(kuò)大，事故損失增加等問題。
[0005] 小電流選線裝置目前市場上有很多種，最多的問題是選線命中率低，最高的也只 有75%左右；命中率或準(zhǔn)確率低的根本原因在于受到電力系統(tǒng)本身的不確定性、選線裝置 本身精度不高等因素困擾，也有零序電流互感器、零序電壓互感器接線不規(guī)范等因素困擾。 電力系統(tǒng)本身存在多路配出，配出線路的運(yùn)行與停運(yùn)受用戶需求和線路安全、檢修等因素 的影響，任何一路都有隨時(shí)投運(yùn)或停運(yùn)的可能性，這種投退是不規(guī)律的，沒有預(yù)知，是一種 無序的隨機(jī)過程，而這種無序的、沒規(guī)律的變化直接影響到電力系統(tǒng)內(nèi)電容電流的大小，正 常線路電容電流的大小取決于配出線路的形式、截面、長度、負(fù)載性質(zhì)等因素，發(fā)生單相接 地的線路的電容電流的大小是同電網(wǎng)所有線路電容電流的和，因此，僅靠電容電流的大小 變化很難明確是那一路故障，同時(shí)，由于電力系統(tǒng)中諧波的存在，諧波電容電流也存在隨機(jī) 性，隨時(shí)在發(fā)生變化，由于這些變化沒有規(guī)律，更不能用數(shù)學(xué)模型加以描述，給單相接地選 線增加了難度，選線裝置在設(shè)計(jì)時(shí)沒有一個(gè)穩(wěn)定的、精確的指標(biāo)作為單相接地故障的判據(jù)； 這也是選線裝置本身精度不高的原因，再加上方向功率元件對接線正確性的嚴(yán)格要求：必 須保證零序電壓互感器和零序電流互感器的每一個(gè)接線端子嚴(yán)格正確接線，實(shí)際工作中， 這種接線的不規(guī)范往往是功率方向元件動(dòng)作不準(zhǔn)確的關(guān)鍵，而接線的不規(guī)范往往是人們對 選線準(zhǔn)確率低的抵觸心理；還有一個(gè)原因：零序電壓互感器和零序電流互感器，包括選線 裝置本身的變送信號(hào)傳輸元件的感、容性大小不統(tǒng)一、不確定，使得電力系統(tǒng)中的零序電壓 波形和零序電流波形比較起來困難，只能做趨勢判斷，很難精確量化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種小電流接地電力系統(tǒng)微機(jī)綜 保選線方法。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
[0008] -種小電流接地電力系統(tǒng)微機(jī)綜保選線方法，本方法中輸入信號(hào)為4個(gè)，其中電 壓信號(hào)3個(gè)，即由電力系統(tǒng)電壓互感器（PT)二次提供的Ua、Ub、Uc，電流信號(hào)一個(gè)，即由零 序電流互感器（零序CT)二次提供，進(jìn)入以下判斷步驟：
[0009] 第一判據(jù)：零序電壓判據(jù)，綜保硬件沒有零序電壓的直接輸入，零序電壓是由Ua、 Ub、Uc輸入量經(jīng)軟件算出來的，包括有效值和相位。零序電壓整定值按《手冊》最新版整定 為UQ彡30V ;
[0010] 第二判據(jù)：零序電流有效值判據(jù)，零序電流采用三段式判斷法，這是由小電流接地 系統(tǒng)或中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)的特點(diǎn)決定的。滿足10,即可作為系統(tǒng)有單相接地發(fā)生的判據(jù)； [0011] 第三判據(jù)：零序電流與零序電壓頻率一致性，其實(shí)此時(shí)零序電壓和零序電流的頻 率是不能直接測量的，采用峰值之間采樣點(diǎn)判斷法加以判斷，這是本方法的獨(dú)特之處；
[0012] 以上三判據(jù)同時(shí)成立，則判"系統(tǒng)接地"報(bào)文顯示；如果只有第一判據(jù)成立，則有可 能是PT保險(xiǎn)斷；如果只有第二判據(jù)成立、則有可能是系統(tǒng)的不平衡電流或諧波電流造成； 如果第1、2判據(jù)同時(shí)成立，這也是判定系統(tǒng)接地的傳統(tǒng)做法，但雷電有導(dǎo)致第1、2判據(jù)同時(shí) 成立的可能性，則還有一相PT斷線同時(shí)有諧波電流存在，只有當(dāng)?shù)谝弧⒌诙⒌谌袚?jù)同時(shí) 成立時(shí)，才可判定"系統(tǒng)接地"，反之，系統(tǒng)接地一定同時(shí)具有以上3個(gè)表象；
[0013] 第四判據(jù)：功率方向判斷法，既流過本線路零序電流互感器的電流與零序電壓進(jìn) 行相位判斷，同方向既零序電流超前零序電壓0?90度，則不是本線路接地，反之，既零序 電流滯后零序電壓〇?90度，則是本線路接地；
[0014] 第五判據(jù)：零序電流量值法判定，一條線路，無論是電纜線路還是架空線路，一旦 線路和負(fù)載確定，其實(shí)本線路單相對地電容電流就已經(jīng)確定，這個(gè)電流值是可以計(jì)算或統(tǒng) 計(jì)出來，作為單線路的正常對地零序電流值，單相接地電容電流為正常運(yùn)行時(shí)相線對地電 容電流的3倍；
[0015] 第四、五判據(jù)是確定本線路是否接地的充分必要條件，相互佐證，即一旦本線路發(fā) 生單相接地故障，則一定是第一至第五判據(jù)同時(shí)成立，不可或缺。
[0016] 線路單相接地電容電流的計(jì)算方法包括：
[0017] ①對于負(fù)荷是同步電機(jī)的線路，一定要計(jì)算同步電機(jī)單相對地電容電流；
[0018] ②其它負(fù)荷則不考慮單相對地電容電流，其值很小，可以忽略不計(jì)；
[0019] ③對于電流互感器下游的補(bǔ)償電容，由于Y型接法，中性點(diǎn)接地的，則以單相電容 電流的額定值地3倍計(jì)算。
[0020] 線路單相接地電容電流的計(jì)算步驟，
[0021] ①電纜線路的單相接地電容電流按下式計(jì)算：

【權(quán)利要求】
1. 一種小電流接地電力系統(tǒng)的微機(jī)綜保選線方法，其特征在于：本方法中輸入信號(hào)為 4個(gè)，其中電壓信號(hào)3個(gè)，即由電力系統(tǒng)電壓互感器（PT)二次提供的1^、1113、11(3，電流信號(hào)一 個(gè)，即由零序電流互感器（零序CT)二次提供，進(jìn)入以下判斷步驟： (1) 第一判據(jù)：零序電壓判據(jù)，綜保硬件沒有零序電壓的直接輸入，零序電壓是由Ua、 Ub、Uc輸入量經(jīng)軟件算出來的，包括有效值和相位。零序電壓整定值按《手冊》最新版整定 為U0彡30V ; (2) 第二判據(jù)：零序電流有效值判據(jù)，零序電流采用三段式判斷法，這是由小電流接地 系統(tǒng)或中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)的特點(diǎn)決定的。滿足10,即可作為系統(tǒng)有單相接地發(fā)生的判據(jù)； (3) 第三判據(jù)：零序電流與零序電壓頻率一致性，其實(shí)此時(shí)零序電壓和零序電流的頻 率是不能直接測量的，采用峰值之間采樣點(diǎn)數(shù)判斷法加以判斷，這是本方法的獨(dú)特之處； (4) 以上三判據(jù)同時(shí)成立，則判"系統(tǒng)接地"報(bào)文顯示；如果只有第一判據(jù)成立，則有可 能是PT保險(xiǎn)斷；如果只有第二判據(jù)成立、則有可能是系統(tǒng)的不平衡電流或諧波電流造成； 如果第1、2判據(jù)同時(shí)成立，這也是判定系統(tǒng)接地的傳統(tǒng)做法，但雷電有導(dǎo)致第1、2判據(jù)同時(shí) 成立的可能性，則還有可能一相PT斷線同時(shí)有諧波電流存在，只有當(dāng)?shù)谝弧⒌诙⒌谌袚?jù) 同時(shí)成立時(shí)，才可判定"系統(tǒng)接地"，反之，系統(tǒng)接地一定同時(shí)具有以上3個(gè)表象； (5) 第四判據(jù)：功率方向判斷法，既流過本線路零序電流互感器的電流與零序電壓進(jìn) 行相位判斷，同方向既零序電流超前零序電壓〇?90度，則不是本線路接地，反之，既零序 電流滯后零序電壓〇?90度，則是本線路接地； (6) 第五判據(jù)：零序電流量值法判定，一條線路，無論是電纜線路還是架空線路，一旦 線路和負(fù)載確定，其實(shí)本線路單相對地電容電流就已經(jīng)確定，這個(gè)電流值是可以計(jì)算或統(tǒng) 計(jì)出來，作為單線路的正常對地零序電流值，單相接地電容電流為正常運(yùn)行時(shí)相線對地電 容電流的3倍； (7) 第四、五判據(jù)是確定本線路是否接地的充分必要條件，相互佐證，即一旦本線路發(fā) 生單相接地故障，則一定是第一至第五判據(jù)同時(shí)成立，不可或缺。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小電流接地電力系統(tǒng)微機(jī)綜保選線方法，其特征在于， 線路單相接地電容電流的計(jì)算方法包括： ① 對于負(fù)荷是同步電機(jī)的線路，一定要計(jì)算同步電機(jī)單相對地電容電流； ② 其它負(fù)荷則不考慮單相對地電容電流，其值很小，可以忽略不計(jì)； ③ 對于位于零序電流互感器下游的補(bǔ)償電容，由于Y型接法，中性點(diǎn)接地的，則以單相 電容電流的額定值地3倍計(jì)算。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種小電流接地電力系統(tǒng)微機(jī)綜保選線方法，其特征在于， 線路單相接地電容電流的計(jì)算步驟， ①電纜線路的單相接地電容電流按下式計(jì)算： 95 -l· 2.84^ 6kv電纜線路，， 95 + 1 A4s 10kv 電纜線路/c - ^00 + 1.2?17^. 電纜線路的單相接地電容、電流還可以按下式估算（該公式適合各個(gè)電壓等級） Ic = 0. lUrlA 以上式中s-電纜芯線的標(biāo)稱截面mm2 Ur-線路額定線電壓kv 1--線路長度km I。--接地電容電流A ②架空線路單相接地電容電流按下式計(jì)算 無架空地線單回路I。= 2. 7UJ X 1(Γ3Α 有架空地線單回路I。= 3. 3UJ X 1(Γ3Α 架空線路的單相接地電容電流還可以按下式估算（該公式適合各個(gè)電壓等級） c 350 A 架空線路和電纜線路每千米單相接地電容電流的平均值單位：A/KM。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小電流接地電力系統(tǒng)微機(jī)綜保選線方法，其特征在于， 有效消除一些特殊情況時(shí)零序電壓、零序電流的影響，包括： ① 雷電：中壓供電系統(tǒng)中按規(guī)定都會(huì)裝設(shè)避雷器，系統(tǒng)過電壓高于避雷器閥值時(shí)，避雷 器會(huì)對地短路，此時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)單相大電流或單相對地電壓為零。即：零序電壓和零序電流 均滿足條件的情況，這時(shí)頻率比較的意義和必要性就突現(xiàn)出來。 ② 相鄰線路大接地系統(tǒng)的單相接地電流影響和兩相及三相短路電流影響：中壓系統(tǒng)本 身一般為中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)或小電流接地小系統(tǒng)。如果線路與大接地系統(tǒng)線路并行，大接地 系統(tǒng)一旦出現(xiàn)接地故障時(shí)，會(huì)因線路互感作用在相鄰線路感應(yīng)出一定的電動(dòng)勢，因此也有 可能感應(yīng)出零序電流，此時(shí)有兩條措施來濾掉它。一是，零序電壓值> 30V ;二是103整定 延時(shí)>2秒。因?yàn)榇蠼拥叵到y(tǒng)一旦發(fā)生接地事故，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)被切除出電網(wǎng)，不會(huì)再繼續(xù) 影響。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小電流接地電力系統(tǒng)微機(jī)綜保選線方法，其特征在于， 以每個(gè)高壓配電柜內(nèi)三個(gè)電壓小母線信號(hào)Ua、Ub、Uc為輸入信號(hào)，以機(jī)內(nèi)零序電流互感器 信號(hào)10為零序電流輸入信號(hào)，以微機(jī)綜合保護(hù)單元為信號(hào)采集、信號(hào)運(yùn)算、邏輯判斷、顯 示和節(jié)點(diǎn)輸出載體，首先對輸入信號(hào)進(jìn)行采集。同時(shí)滿足1、2、3判據(jù)，即％ > 30V，程序整 定IQ3彡0.851。，I。值由人工計(jì)算，按0.851。整定IQ3，同樣I Q1彡1. 151。也由人工計(jì)算，人 工錄入整定。
【文檔編號(hào)】G01R31/08GK104111403SQ201410167013
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】楊慶申, 武楠 申請人:楊慶申